CC BY
8MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT Iss. 1 (141). 2018
Р.Л. Михайлов
Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского
Е.С. Владимиров
Военная академия Министерства обороны (филиал, г. Череповец)
МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ УСТОЙЧИВОСТИ СВЯЗИ
В статье рассмотрены понятие устойчивости связи и методика ее оценки. Дано определение устойчивости связи согласно руководящих документов. Проведен анализ исследований в данной области, систематизированы различные подходы к расчету показателя устойчивости связи. Обоснован выбор показателя устойчивости связи и обоснована методика его расчета.
Введение
Актуальность вопросов повышения устойчивости связи обусловлена все более возрастающими требованиями к качеству обслуживания, предъявляемыми к современным сетям связи (СС), в условиях функционирования их в неблагоприятной среде.
Под устойчивостью связи, согласно ГОСТ [1], понимается способность СС выполнять свои функции при выходе из строя части ее элементов в результате воздействия дестабилизирующих факторов.
Дестабилизирующими факторами (ДФ) являются воздействия на СС, источником которых является физический или технологический процесс внутреннего или внешнего характера, приводящие к выходу из строя элементов СС [1]. В соответствии с этим различают:
— внутренние ДФ;
— внешние ДФ.
При этом способность СС противостоять внутренним ДФ определяет свойство ее надежности, а способность противостоять внешним ДФ свойство живучести [1].
Показатели устойчивости в общем виде
В соответствии с действующим в настоящее время ГОСТом [1] показателем устойчивости СС является значение вероятности связности
информационного направления связи (ИНС), под которым понимается вероятность того, что на заданном направлении существует хотя бы один путь, по которому возможна передача информации с требуемым качеством (QoS — Quality of Service — качество обслуживания) и объемом:
Рсв = Р(/> 1|Q}e{Qm^6}) , (1)
где PCB — показатель вероятности связности ИНС, I — количество работоспособных путей на заданном ИНС, Q{ — качество обслуживания, обеспечиваемое путями (путем) на заданном ИНС, QTPe6 — требуемый уровень качества обслуживания.
Вместе с тем данное определение связности не учитывает важность отдельных ИНС, количество и распределение в них путей, а также особенности воздействия на них ДФ.
В связи с этим в работе [2] в качестве показателя устойчивости сети предложено использовать среднесетевую вероятность связности РУср [2]:
1 N
РУ ср =ТтХ РУ1 ' (2)
N i=1
где: N— количество ИНС в СС; РУг—устойчивость г-гоИНС i = 1N.
Устойчивость каждого г'-ого ИНС Ру г определяется в соответствии с выражением [2]:
PУi - КТ1Рг
Tiícвi '
(3)
где Кг г коэффициент готовности г'-ого ИНС; Рсв I вероятность связности г'-ого ИНС, в условиях воздействия на нее ДФ.
В выражении (3) коэффициент готовности Кг г определяет временные параметры процесса отказов/восстановлений ИНС при воздействии на нее ДФ, а вероятность связности ИНС Рсв г — структурно-вероятностные параметры этого процесса.
Необходимоотметить,чтоприиспользовании показателя устойчивости в виде (2) вводиться допущение о равнозначности ИНС при определении устойчивости сети. Однако, различные ИНС имеют различную важность и для учета их разного вклада в общий показатель устойчивости (в выражении (2)) вводят соответствующие весовые коэффициенты аг [3]:
N
РУ ср ,
i=1
N
условие нормировки = 1, (4)
I=1
где РУср среднесетевая вероятность связности; РуI — устойчивость г'-го ИНС I = 1, N; аг весовой коэффициент, учитывающий важность г'-го ИНС.
В работе [3] предполагается, что весовые коэффициенты аг в выражении (4) задаются исходя из конкретных условий и целей функционирования СС. Однако в этой работе не указываются конкретные подходы к вычислению коэффициентов важности.
В работе [2] коэффиценты важности г'-го ИНС предложенно определять исходя из циркулирующей по ним доли трафика [2]:
а,
& ) =
N I=1
(5)
ного г'-ой ИНС Рсв ¡, в выражении (3) при определении показателя устойчивости СС.
Для учета специфики воздействующего ДФ в работе [2] вероятность связности Рсв г каждого отдельного г'-го ИНС из выражения (3) предложено определять в следующем виде:
Рсв1 = (1" РИТВI ) (1" РРЭПI ) (1" РФПI ) (1" Ротк I )
где Ритв I ~ вероятность отказа элементов СС (каналов и узлов связи) вследствие информационно-технических воздействий (ИТВ); Ррэпг_ вероятность подавления количества каналов связи СС большего, либо равного величине реберной связности х подграфа Сине {, Рфп г _ вероятность физического поражения (ФП) узлов связи СС большего, либо равного величине вершинной связности хи подграфа Синс ¡, Р отк г- — вероятность отказа элементов СС (каналов и узлов связи) вследствие воздействия внутренних ДФ и естественных процессов надежности.
При этом считается, что каждое из учитываемых в выражении (6) воздействий переводит подграф Синс ¡, формализующий г'-ую ИНС в несвязное состояние.
В работе [4] вероятность работоспособного состояния /'-го пути Ррабу в составе г'-го ИНС состоящего из элементов (т' каналов и п' узлов связи) предложено определять через вероятности работоспособного состояния Рраб у всех у-ых элементов в составе пути с учетом особенностей воздействия ДФ:
Рраб j И Рраб. эл. V '
V=1
Рраб. эл. у "(1" РИТВу )(1" РРЭПу )х Х(1"РФПу )(1"Ротку )
(7)
(8)
где Хг - трафик, передаваемый в г'-том ИНС; N — количество ИНС в СС.
Учет структурно-вероятностных параметров при оценке показателя устойчивости
Рассмотрим более подробно факторы, определяющие вероятность связности отдель-
где — количество элементов (каналов и
узлов связи) в составе пути; переменные, ^итв V Ррэп РФП „ Р0ТК1, соответствуют вероятностям воздействия соответствующих ДФ, в результате которых отказывает у-ый элементу-го пути.
В этом случае связность г'-го ИНС будет определяться работоспособным состоянием всех /г- -ых путей, каждый из которых содержит I/ элементов (у = 1,1 )и будет равна:
I . . I ( ъ ^
Pсвi - 1 "П!1 _ Рраб ] )-1 -П 1 -П Рраб. эл. V
1=1 1=11 V=1
•(9)
MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT. Iss. 1 (141). 2018
Зачастую в практике построения современных СС используется резервирование путей в ИНС, когда один путь является основным, а остальные — резервными. В этом случае вероятность связного состояния ИНС из одного основного и (/—1) резервных путей (соответственно из £осн и Щ элементов, где у = 2,1), будет определяться как:
p = 1 -
Лг -1 (
1 11 Рраб. эл. v 11 1 11 Рраб. эл. v
v=1 J /=1 \ v=1
.(10)
' J
Так как для любогоу'-го пути P
раб. эл. v
<1, ТО
p = p + p — p * p
cei св1 св1+1 Св1 +1 Св1 '
(11)
вости г'-го ИНС и определяется наработкой на отказ Т0 и временем восстановления Тв (12).
Время восстановления Тв г согласно [6], состоит из: времени диагностики отказа Тдиагн г-; времени ожидания восстановления связи (удержания конфигурации ИНС) Тожг; временем уведомления узла, ответственного за изменение конфигурации путей ИНС Туведг; длительности резервирования и реконфигурации путей в ИНС Грекг; времени переключения информационных потоков с активных путей на резервные пути в составе ИНС Тт
перекл г •
для любого ИНС добавление резервных путей будет увеличивать вероятность его связности.
Вместе с тем, выражение (10) не учитывает возможные пересечения путей на элементах подграфа ИНС. Зависимость вероятности связности г'-го ИНС Рсв I от количества путей / на ИНС с учетом их пересечений по общим элементам сети показана в работе Ковалькова Д.А. [5].
В случае если первыми I путями обеспечивается вероятность связности Рсв 1, то добавление очередного пути (/+1) приведет к увеличению вероятности связности ИНС до Рсв /+1. Вероятность Рсв /+1 будет определяться вероятностью двух событий: исправен хотя бы один из первых I путей или исправен (/+1)-й путь, в соответствии с рекуррентной формулой [5]:
Kn =
Oi
TO i + TB i
(12)
lOi
t +(t + t + t +т +т ^
O i \ диагн i ож i увед i рек i перекл i J
Время уведомления Тувед г в ИНС зависит от времени передачи между отдельными узлами сообщения об отказе Тпер и от количества участков сети йу, между узлом, обнаружившим отказ пути (узел а), и узлом, ответственным за переключение путей в ИНС (узел Ь).
ТувеИ Tnepdab ■
(13)
где знак «*» — означает, что при перемножении вероятностей связности путей в составе ИНС при наличии общих элементов связность, обеспечиваемая элементами, входящими в первые / путей и общими с новым (/+1)-м путем, заменяется единицей.
Учет временных параметров при оценке показателя устойчивости
Надежность каналов передачи характеризуется коэффициентом готовности Кг г который является временным параметром устойчи-
Для повышения временных параметров устойчивости ИНС, как следует из выражения (13), необходимо максимально сократить длительность восстановления связи (Тв г). Это достигается применением протоколов маршрутизации, которые обеспечивают быстрое обнаружение отказа (Тдиагн г) и уведомление о нем узла, ответственного за переключение, либо принятие решения о переключении на самом узле, ближайшем к отказавшему элементу СС. Заблаговременное резервирование маршрутов позволит сократить временные интервалы Тдиа1Н г и Т'переклг- Анализ выражения (13) показал, что введение дополнительной структурной избыточ-ости ведет к увеличению dab и, как следствие, приводит кухудшению надежности по показателю коэффициента готовности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 5311 — 2008. «Устойчивость функционирования сети связи общего пользования».
2. Назаров А.Н., Сычев К.И. Модели и методы расчета показателей качества функционирования узлового оборудования и структурно-сетевых
параметров сетей связи следующего поколения. — Красноярск: Поликом, 2010. — 389 с.
3. Боговик A.B., Игнатов В.В. Эффективность систем военной связи и методы ее оценки. — СПб.: ВАС, 2006. - 183 с.
4. Макаренко С.И. Анализ воздействия преднамеренных помех на функционирование расширенного протокола маршрутизации внутреннего шлюза (ЕЮКР) // Информационные технологии моделирования и управления. 2010. №2 (61). С. 223-229.
5. КовальковДА. Математические модели оценки надежности мультисервисного узла доступа // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2011.№2. С. 64-71
17. Егунов М.М., Шувалов В.П. Анализ структурной надежности транспортной сети // Вестник СибГУТИ. 2012. №1. С. 54-60.
